冷冻浇铸法制备莫来石纤维多孔陶瓷及其高温结构稳定性

发布时间：2017-11-18 23:05

  本文关键词：冷冻浇铸法制备莫来石纤维多孔陶瓷及其高温结构稳定性

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【摘要】：随着科学技术的不断发展,尤其是航空航天技术的不断进步,对高温隔热密封材料的要求也越来越高。高温密封材料的密度、强度以及高温稳定性能都将直接制约产品的性能和安全。多晶莫来石纤维制备的多孔陶瓷因具有密度小、强度高、模量低、高温稳定性好等优势,近来受到越来越广泛的关注。纤维多孔陶瓷材料的结构直接制约材料的性能,如密度、气孔率、弹性、强度、导热率等。自然界中鸟巢具有很好的三维网络结构,其轻且稳定,并能保温隔热,还具有很好的弹性。受鸟巢结构的启示,纤维在空间良好的三维分布能够使整个结构具有更低的体积密度,更高的气孔率和更低的导热率。在保证结点稳固的情况下,具有更高的强度和结构稳定性。本文首先对冷冻浇铸法制备纤维多孔结构的工艺进行优化,探讨了纤维长径比、固相含量、粘结剂的种类和用量以及烧结温度对冷冻浇铸法制备的多孔陶瓷的气孔率,体积密度,热导率系数以及抗压强度的影响。采用X射线断层扫描(micro-CT)对材料中纤维的分布进行观察和分析,深入比较了利用冷冻浇铸法与真空抽滤法制备的莫来石纤维多孔陶瓷的结构、纤维取向及高温结构稳定性的差异。实验结果显示:当纤维长径比为25-50,固相含量为2 vol%,硅溶胶用量为5 wt%,烧结温度为1400?C时,冷冻浇铸法制备的多孔陶瓷的结构和性能最优(密度为0.33g/cm3,气孔率为88.9%,热导率为0.051 W/(m·K),抗压强度为2.27MPa);另外,当烧结温度为1400?C时,硅溶胶比SiO2粉更适合做高温粘结剂。对冷冻浇注法和真空抽滤法制备的纤维多孔材料的结构和性能对比研究表明:与真空抽滤法制备的纤维倾向于二维分布的多孔网络结构相比,冷冻浇注法制备的莫来石短纤维三维网络结构,具有更低的密度和更高的的强度和结构稳定性。本实验以莫来石纤维为基体,利用冷冻浇铸法制备的莫来石纤维多孔材料载荷为极限抗压强度的70%时,温度为1200oC的大气环境中,结构保持稳定约7小时,而真空抽滤法制备的密度相近的同种材料,在相同环境下几乎不能保持稳定。密度相近时,冷冻浇注法制备的材料的抗压强度是真空抽滤法制备材料的2.5倍以上。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1

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本文编号：1201448